铁路电力箱变UPS经常故障的原因

UPS电源作为备用控制工作电源，对铁路供电系统具有重要意义。电力箱变UPS故障的频繁发生严重影响了铁路的可靠供电。根据石家庄供电公司供电所统计，石太客运专线自2009年4月1日开通至今，箱变内的UPS故障多达数百起，甚至同一UPS多次出现故障。在其他高速铁路上，电力箱变用UPS的故障频发，也经常发生在电力箱变运行中。比如京沪高铁某区段箱变中使用的2kVAUPS71台，该线开通一年来先后有18台发生故障，故障率25.4%，严重威胁着该线行车安全。

下面就为大家对电力箱变UPS的失效原因分析一下。

1、大温差环境

      当前铁路10 kV电气化箱变所采用的UPS主要针对数据中心或办公 IT设备，其工作环境温度为0~40℃。尽管电控箱变频器内安装有加热器和风扇来控制温度，但由于箱变为金属外壳，导温能力强，环境温度对箱变温度影响较大。

                 高温环境：京沪高铁某区段箱变UPS一年内失效率25.4%，对故障机器进行分析后发现，其中15台由于箱内温度过高，超过UPS正常工作温度范围，导致设备炸机。

                 低温环境：太行山区的朔黄铁路上，有36套2 kVA的 UPS供沿线红外测试设备使用。夏天运行正常，而冬季温度下降到-20℃以下，即由于低温造成UPS保护性自动关闭，直到环境温度回升至-10℃以上才能恢复供电。

      电力箱变用的UPS配置蓄电池为贫液阀控密封铅酸蓄电池。阀控密封式铅酸蓄电池允许使用环境温度为-15℃~45℃，建议使用温度为-5℃~30℃，箱变运行环境温度为-20℃~55℃，箱变温度在-50℃~60℃。冬天，箱变内部温度低于-20℃，高温差严重影响了UPS配用阀控密封铅酸蓄电池的使用寿命。

2、尘埃和凝露

      根据某大型UPS生产企业统计，其UPS故障1~10 kVA UPS中，近30%的故障是由凝露、粉尘引起的。传统的UPS生产厂家很少对其电路板进行防潮、防腐、防尘三防处理，原因是成本、环保和工艺复杂。但铁路电力箱变所处的环境一般都比较恶劣，这是UPS发生故障的重要原因。

      当UPS工作时会产生一定的热量，采用风冷散热， UPS便具有了“吸尘器”的功能，会把空气中的灰尘吸进UPS内部。灰尘一旦附着在风机或电路板上，不仅会影响UPS的散热，而且会导致电路板短路。京沪高铁箱式变频UPS线路板因粉尘造成短路故障。

      铁道用电箱变箱一般用于室外，箱变箱虽然安装了温湿度调节系统，但主要受外部环境影响。与传统 UPS相比， UPS一般都是按照IEC529-598标准设计的IP20保护外物入侵，而对水或水分没有特殊保护。在设备内遇冷湿度过高会形成水雾或水珠，特别是在南方潮湿的雨季，结露极易造成电路板短路。

3、电网谐波

      随着电力电子技术的发展，高功率整流器在电气化铁道中得到广泛应用，其产生的谐波严重影响着电力设备、电力用户和通信线路。

由于谐波严重，京广线、京山线的电力自闭线路都出现了相序翻转现象。常规的UPS都是为普通工业电网和民用电网设计的，当UPS直接被用来供电质量较差的铁路箱式变电站时，必然会出现许多以前在其应用中从未出现的故障。

4、设计余量不足，没有考虑冗余

      对1~5 kVA小功率的UPS，厂商基于成本考虑，各种设计余量都会留得较少，元件选型时也是尽量选用可用且便宜的。首先，电路板多采用单层板设计，其电流密度和安规距较小；第二，感电磁心大多选用铁粉类磁心，长时间运行，感电磁心性能会逐渐下降，感电量会逐渐减少。在电感量下降到一定程度时，电感将完全失效，从而引起机器炸机。